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비눗방울 무늬를 ‘체포’했다?!

비눗방울의 영롱한 색깔은 두께를 의미해요. 비누막 두께가 충분히 얇으면 검정색을 띠고, 그 이상일 때는 두께에 따라 빨강부터 보라까지 색깔이 달라지지요. 미국 조지아공과대학교 사드 밤라 교수는 2016년, 시시각각 변하는 비눗방울 무늬를 ‘체포’한 영상을 공개했어요.

밤라 교수는 한 고등학생의 질문에서 아이디어를 얻었어요. 학생은 비눗방울의 무늬를 ‘가둘’ 수도 있는지 물었어요. 밤라 교수는 비눗물 안에 생긴 기포를 빠르게 들어올리면 가능할지도 모른다고 생각했어요. 이는 표면장력 때문이에요. 비눗물은 계면활성제가 많아 표면장력이 낮아요. 만약 기포를 만들어 빠르게 들어올리면, 봉긋 솟은 부분은 주변 비눗물에 비해 계면활성제가 적어 표면장력이 높아지겠죠. 밤라 교수는 주변 계면활성제 분자들이 표면장력이 커진 봉긋 솟은 부분으로 끌어당겨져 비눗방울 무늬를 ‘체포’할 수 있을 거라 여겼어요.

그런데 결과는 예상과 달랐어요. 기포를 한 번에 빠르게 들어올렸더니 비눗방울의 무지개 무늬가 불안정하게 변했어요. 분자를 위로 끌어당기는 표면장력과 분자를 아래로 잡아당기는 중력이 줄다리기를 하며 복잡한 무늬 변화를 만들었죠. 한편 기포를 빠르게 조금씩 잡아당겼다가 멈추길 반복하자 무늬 일부가 특정 원 둘레 내부에서만 변했어요. 무늬 일부를 ‘체포’한 거죠. 밤라 교수는 “이런 현상이 일어나는 이유는 앞으로 풀어야 할 새로운 문제”라고 말했어요.

거대 비눗방울을 만드는 비법도 공개됐어요. 2020년 미국 에모리대학교 저스틴 버튼 교수팀은 작은 분자들을 수천 개 엮어서 만든 물질인 ‘중합체’를 이용했어요. 여러 중합체를 섞은 비눗물의 줄기를 아래로 떨어뜨려 줄기가 길게 늘어날수록 거대 비눗방울을 만들 수 있다고 생각했죠. 교수팀은 다양한 길이의 중합체 가닥을 섞는 게 최적의 레시피란 걸 알아냈어요. 중합체 가닥이 서로 얽히며 비누막의 탄성력을 강화시켜주기 때문이에요. 교수팀은 이런 방법으로 평균 두께 3μm(마이크로미터)●에 표면적이 약 100m2인 비눗방울을 만들 수 있다고 밝혔답니다.

●1μm(마이크로미터) : 1m보다 백만 배 짧은 길이.